旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具的研制原理

1、旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具的研制原理 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具的研制原理 摘 要穩(wěn)定平臺(tái)單元、工作液控制分配單元和偏置執(zhí)行機(jī)構(gòu)單元是構(gòu)成旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具的主要組成局部。井眼參數(shù)通過(guò)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具的測(cè)試元件測(cè)得后，由短程通訊傳輸?shù)诫S鉆測(cè)量?jī)x，地面再接受隨鉆測(cè)量?jī)x傳輸?shù)男畔?。同時(shí)，地面對(duì)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具進(jìn)行控制，通過(guò)穩(wěn)定平臺(tái)單元調(diào)控工作液，對(duì)單元中的上盤(pán)閥高壓孔的位置進(jìn)行控制分配。過(guò)濾后的泥漿被工作液控制分配單元按照一定的順序依次分配到對(duì)應(yīng)的三個(gè)柱塞，使推板得到動(dòng)力及合力，使上盤(pán)閥高壓孔所對(duì)應(yīng)的位置得到保持，進(jìn)而形成近鉆頭處對(duì)井壁的側(cè)向力。工具的導(dǎo)向狀態(tài)由旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具對(duì)側(cè)向力的大小、方向與拍打頻率的調(diào)整得到控

2、制。 關(guān)鍵詞旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具 井眼參數(shù) 導(dǎo)向控制 中圖分類號(hào)：TE92 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X33-0014-01 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)是一項(xiàng)自動(dòng)化鉆井新技術(shù)，形成于二十世紀(jì)九十年代。旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)在水平井、大位移井、大斜度井以及三維多目標(biāo)井中應(yīng)用較廣，不僅使鉆井速度得到了提高，而且使鉆井中的事故減少了。同時(shí)，使鉆井本錢(qián)得到了降低。 一、旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具工作原理分析 1、旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具功能分析 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具具有導(dǎo)向功能與穩(wěn)斜功能。導(dǎo)向功能指穩(wěn)定平臺(tái)把工具面角調(diào)整到與所需導(dǎo)向的井斜及方位相反的位置上，實(shí)施向需要的井斜或方位導(dǎo)向。鉆具的鉆進(jìn)方向按照需要的井斜及方位實(shí)施，隨

3、鉆測(cè)試儀器對(duì)井眼軌跡及時(shí)監(jiān)測(cè)。穩(wěn)斜功能指上盤(pán)閥在穩(wěn)定平臺(tái)的帶動(dòng)下，上盤(pán)閥與鉆柱按不同的轉(zhuǎn)速進(jìn)行勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，讓推板在360工具面角的方向上，伸出并推靠井壁，綜合作用是不導(dǎo)向的，這就是穩(wěn)斜鉆進(jìn)。 2、旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具結(jié)構(gòu)及工作原理分析 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具依據(jù)井下工程、地質(zhì)以及幾何參數(shù)的監(jiān)測(cè)與要求，根據(jù)已經(jīng)設(shè)定好的程序指令，對(duì)井斜與方位進(jìn)行調(diào)整。旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具的核心部件由推靠柱塞、推板、工作液控制閥以及穩(wěn)定平臺(tái)等部件構(gòu)成，是屬于機(jī)電一體化的智能導(dǎo)向工具。泥漿通過(guò)鉆頭水眼產(chǎn)生的鉆柱內(nèi)外壓差是推板的動(dòng)力。穩(wěn)定平臺(tái)控制調(diào)節(jié)并穩(wěn)定工作液控制閥。三個(gè)推板之間的相位差應(yīng)保持120o旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下的鉆柱，推板在特定的方

4、位的伸出，必須需要工作液控制閥的壓力對(duì)其進(jìn)行同步調(diào)整，使推板與井壁接觸，產(chǎn)生側(cè)向力推動(dòng)鉆頭的方向發(fā)生改變，進(jìn)而使井斜與方位發(fā)生改變，到達(dá)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井的目的。鉆柱導(dǎo)向鉆井工具及推板的工具面角在旋轉(zhuǎn)時(shí)，旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具中的穩(wěn)定平臺(tái)單元能夠使其保持穩(wěn)定。渦輪發(fā)電機(jī)、測(cè)控電子系統(tǒng)以及電子倉(cāng)共同構(gòu)成了穩(wěn)定平臺(tái)單元。工作液控制單元是由上、下盤(pán)閥兩局部構(gòu)成的開(kāi)關(guān)系統(tǒng)。上盤(pán)閥又稱為高壓閥孔，為弧形長(zhǎng)孔狀，對(duì)高壓鉆井液作用在推板上的力保持一定的時(shí)間，使側(cè)向控制力的作用效果得到保證。柱塞和推靠井壁的推板共同構(gòu)成了偏置執(zhí)行單元。 旋轉(zhuǎn)鉆井條件下近鉆頭處的井斜角、方位角和工具面角等參數(shù)，由井眼幾何參數(shù)傳感器進(jìn)行測(cè)量，

5、短程通訊元件對(duì)其進(jìn)行傳輸，隨鉆測(cè)量?jī)x收到數(shù)據(jù)后再把數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛?。信息智能處理綜合決策系統(tǒng)，通過(guò)實(shí)鉆井眼與設(shè)計(jì)井眼相對(duì)位置的偏差，對(duì)工具面角參數(shù)機(jī)械能改變。井下信息處理中心收到泥漿泵排量載波下傳的決策代碼后，進(jìn)行識(shí)別、解釋并處理。然后，井下控制器對(duì)穩(wěn)定平臺(tái)的控制軸進(jìn)行調(diào)整，工具面角得到調(diào)整，導(dǎo)向執(zhí)行機(jī)構(gòu)推靠井壁的方向同時(shí)得到改變，鉆柱在連續(xù)旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下的三維導(dǎo)向也相應(yīng)的得到實(shí)現(xiàn)。 二、旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具的結(jié)構(gòu)分析 穩(wěn)定平臺(tái)單元、工作液控制分配單元及偏置執(zhí)行機(jī)構(gòu)三局部構(gòu)成了旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具。渦輪發(fā)電機(jī)、控制電路電子倉(cāng)、扭矩發(fā)生器、軸承支撐以及密封部件等構(gòu)成了穩(wěn)定平臺(tái)單元。上、下盤(pán)閥，上盤(pán)閥的軸向力調(diào)

6、節(jié)彈簧與控制軸，以及相應(yīng)的密封部件共同構(gòu)成了工作液控制分配單元。帶泥漿噴嘴的柱塞和推靠井壁的推板構(gòu)成了偏置執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 三、旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具的設(shè)計(jì)特點(diǎn) 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具設(shè)計(jì)，在復(fù)雜的井下工作條件和國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的條件下，設(shè)計(jì)特點(diǎn)有下面幾個(gè)方面： 穩(wěn)定平臺(tái)的上部支撐與下部支撐分別采用圓錐滾子軸承、圓柱滾子軸承與推力圓柱滾子軸承組合。軸承保護(hù)器能夠把軸承密封在潤(rùn)滑油內(nèi)，對(duì)軸承進(jìn)行保護(hù)，并對(duì)軸承之間的游隙進(jìn)行了詳盡的設(shè)計(jì)，有效的對(duì)軸承的工作環(huán)境進(jìn)行了改善，進(jìn)而提高了軸承的使用時(shí)間。 通過(guò)實(shí)踐模擬試驗(yàn)以及理論分析得出，上盤(pán)閥高壓孔的圓心角為200o比擬恰當(dāng)。這種設(shè)計(jì)，對(duì)推板在上盤(pán)閥相對(duì)井壁不動(dòng)，而下盤(pán)閥保持旋

7、轉(zhuǎn)的狀態(tài)下，保證有一個(gè)推板來(lái)推靠井壁，進(jìn)而減少了沖擊式推靠力對(duì)鉆柱的沖擊。密封程度與使用時(shí)間得到保證的同時(shí)，為減少摩擦面積，會(huì)在下盤(pán)閥外表設(shè)計(jì)一局部凸起。硬質(zhì)合金材料或外表噴涂高耐磨性材料經(jīng)常用于制造上盤(pán)閥與下盤(pán)閥。 扭矩與負(fù)載在穩(wěn)定平臺(tái)控制軸的作用下相互適應(yīng) 較大渦輪發(fā)電機(jī)定子反扭矩的設(shè)計(jì)，使穩(wěn)定平臺(tái)控制軸的驅(qū)動(dòng)扭矩得到了提高。設(shè)計(jì)中對(duì)工作液控制分配單元上盤(pán)閥與下盤(pán)閥之間的摩擦扭矩進(jìn)行降低，使控制軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量減小，對(duì)負(fù)的摩擦軸距降低。 四、結(jié)語(yǔ) 穩(wěn)定平臺(tái)單元、工作液控制分配單元以及偏置執(zhí)行機(jī)構(gòu)單元共同構(gòu)成了旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具。只有實(shí)現(xiàn)了鉆井技術(shù)信息傳輸，才能使旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具具有導(dǎo)向功能與穩(wěn)斜功能。實(shí)際應(yīng)用中，必須使測(cè)試單元、短程通訊與MWD、地面智能處理綜合決策系統(tǒng)之間能夠保持正常的通信，進(jìn)而使決策代碼形成。工具測(cè)試單元必須能夠接受與處理泥漿泵排量載波下傳的信息指令。偏置執(zhí)行機(jī)構(gòu)推靠井壁的方向，必須通過(guò)調(diào)整穩(wěn)定平臺(tái)控制軸實(shí)施工具面角能夠?qū)崿F(xiàn)。 參考文獻(xiàn) 【1】馬彬.旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具調(diào)試平臺(tái)的技術(shù)研究D.西安石油大學(xué)，2021. 【2】張維樂(lè).旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具電磁轉(zhuǎn)矩穩(wěn)定控制理論與方法研究D.